DE1034920B

DE1034920B - Steel frame in lightweight construction for stationary internal combustion engines

Info

Publication number: DE1034920B
Application number: DEH28265A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Fritz Kirstenpfad
Original assignee: Henschel and Sohn GmbH
Current assignee: Henschel and Sohn GmbH
Priority date: 1956-10-05
Filing date: 1956-10-05
Publication date: 1958-07-24

Description

Stahlgestell in Leichtgewichtsbauart für stehende, Brennkraftmaschinen Zur Verringerung des Leistungsgewichtes und Raumbedarfes stehender Brennkraftmaschinen, insbesondere bei Verwendung als Fahrzeug- oder Schiffsmotoren, wird für die Konstruktion der Gestelle in zunehmendem Maße anstatt des früher hierfür als Baustoff üblichen Gußeisens Stahl verarbeitet. Einfachere Bauelemente, wie Längs- und Querwände, fertigt man hierbei aus Stahlblechen an, formschwierigere, z. B. Lagerbügel, Lagerdeckel usw., als Stahlgußstücke oder Gesenkschmiedeteile, die elektrisch mit den Bleichteilen zum tragenden Verband zusammengeschweißt werden.Steel frame in lightweight construction for standing, internal combustion engines To reduce the power-to-weight ratio and space requirements of stationary internal combustion engines, especially when used as vehicle or ship engines, is used for construction of the frames to an increasing extent instead of the building material that used to be used for this purpose Cast iron steel processed. Manufactures simpler components such as longitudinal and transverse walls one here made of steel sheets, more difficult to shape, z. B. bearing bracket, bearing cap etc., as steel castings or drop forgings, which are electrically connected to the bleached parts be welded together to form a supporting structure.

Die Begründung für diese Entwicklung ist bekanntlich in den hohen Festigkeitswerten des Stahles zu suchen, die an Materialstärken und damit an spezifischem Gewichts- und Raumbedarf der Motoren beachtliche Einsparungen gestatten.The reason for this development is known to be in the high To look for strength values of the steel, the material thickness and thus the specific The weight and space requirements of the motors allow considerable savings.

Andererseits besitzt jedoch Stahl einen ungefähr doppelt so. großen Elastizitätsmodul wie Gußeisen, und die aus ihm hergestellten Elemente sind deshalb weniger steif als formgleiche aus Gußeisen. Formsteifheit ist aber insbesondere bei Gestellen mit hängenden Kurbelwellenlagern, wie solche bei Leichtgewichtsbauarten überwiegend gebräuchlich sind, für eine betriebssichere Lagerung der Kurbelwelle Voraussetzung, da infolge Fehlens einer Grundplatte sowohl die im Betrieb wirkenden waagerechten Momente als auch die bei der Montage der Kurbelwellenträger unvermeidbaren Einbauspannungen denn Gestell aufgedrängt werden. Beide können bei formweichen Bauarten zu seitlichen Versetzungen sowie Verformungen der Kurbelwellenlager und dadurch im Betrieb zur Beschädigung von Welle und Lager führen.On the other hand, however, steel has about twice that. huge Modulus of elasticity like cast iron, and the elements made from it are therefore less stiff than cast iron ones of the same shape. But dimensional stability is special in racks with hanging crankshaft bearings, such as those in lightweight constructions are predominantly used for reliable storage of the crankshaft Prerequisite, as both the ones that act during operation due to the lack of a base plate horizontal moments as well as those unavoidable when assembling the crankshaft carrier Installation stresses are imposed on the frame. Both can be used in the case of soft designs to lateral displacements and deformations of the crankshaft bearings and thereby damage the shaft and bearings during operation.

Während sich aber die von Betriebskräften erzeugten Momente weitgehend nach Größe und Auswirkung vorausberechnen und konstruktiv somit bei der Formgebung des Gestelles beherrschen lassen, ist dies für die durch Montagespannungen gebildeten Momente unmöglich, weil deren Größe von der nur mit Hand individuell ausführbaren Einpassung der zur Querversteifung herangezogenen Lagerdeckel und bügel abhängt. Man nimmt deshalb solche Lagerverspannungen bis zu einem gewissen Grade vielfach in Kauf und behilft sich bei der Einlagerung der Kurbelwelle mit mehr oder weniger starkem Ausschaben des Lagermetalls, ein Vorgang, der aber nicht nur mit Zeitverlast, sondern auch mit riskanter Schwächung des wertvollen Laufschichtenmaterials verbunden ist.While the moments generated by the operating forces are largely Calculate in advance according to size and effect and thus constructively when shaping of the frame can be controlled, this is for those formed by assembly stresses Moments impossible, because their size can only be individually executed by hand Fitting of the bearing caps and brackets used for transverse reinforcement. Therefore, to a certain extent, one takes such bearing stresses multiple times in purchase and makes do with the storage of the crankshaft with more or less heavy scraping of the bearing metal, a process that is not only time-consuming, but also associated with risky weakening of the valuable running layer material is.

Alle diese Nachteile als Folge von elastischen Verspannungen lassen sich beseitigen, wenn man erfindungsgemäß das Gestell auf der einen Seite der vertikalen Hauptsymmetrieebene durch geeignete Verrippung und Wandstärkenbemessung zur größeren Formsteifheit in der Querebene ausbildet als auf der Gegenseite, d. h. die eine Gestellhälfte bewußt elastisch, die andere hingegen betont steif ausführt.Let all these disadvantages be a consequence of elastic tension eliminate yourself if you according to the invention the frame on one side of the vertical Main plane of symmetry through suitable ribbing and wall thickness measurement for larger ones Forms stiffness in the transverse plane than on the opposite side, d. H. the one The frame half is deliberately elastic, while the other half is deliberately stiff.

Greifen ein derartig gebautes Gestell quergerichtete Kräfte an, so bleibt eine gegebenenfalls hierdurch entstehende elastische Verformung in der Querebene, physikalischen Gesetzen folgend, auf den, elastischeren Gestellteil beschränkt, vorausgesetzt, daß jene nicht die Elastizitätsgrenze überschreiten. Auf diese bekannte Tatsache stützen sich Aufbau und Wirkungsweise des Erfindungsgegenstandes.If a frame constructed in this way is attacked by transverse forces, so any resulting elastic deformation remains in the transverse plane, following physical laws, limited to the more elastic frame part, provided that they do not exceed the elastic limit. On this well-known In fact, the structure and mode of operation of the subject matter of the invention are based on one another.

Es ist bekannt, den Längshälften der Untergestelle von Brennkraftmaschinen, auf denen die Zylinder ruhen, einen verschiedenen Querschnitt zu geben, wobei die Wandstärke der Trägerstücke gleich ist.It is known that the longitudinal halves of the underframes of internal combustion engines, on which the cylinders rest to give a different cross-section, the Wall thickness of the support pieces is the same.

Ferner sind andere Gestellhälften zwar ebenfalls im Querschnitt verschieden, aber bezüglich ihrer Widerstandsmomente gleich ausgeführt worden. Einseitige Versteifungen der oberen Gestenkante durch Rippen wurden dabei aber nur dort angebracht, wo die Kreuzkopfführung liegt.Furthermore, other frame halves are also different in cross-section, but have been carried out the same with regard to their moments of resistance. One-sided stiffeners the upper edge of the gesture by ribs were only attached where the Crosshead guide is located.

Endlich ist ein Gestell bekannt, das über die ganze Maschinenlänge einseitig eine durchlaufende Öffnung hat - zum leichteren Ausbau der Kurbelwelle -, die fehlende Verbindung ist aber durch kurze, kräftige Anker ersetzt, die lösbar mit dem oberen und unteren Gestell verbunden sind.Finally a frame is known that extends over the entire length of the machine Has a continuous opening on one side - for easier removal of the crankshaft -, but the missing connection is replaced by short, strong anchors that can be detached connected to the upper and lower frame.

Es sind dabei Vorkehrungen getroffen:, daB die zu beiden Seiten der Kurbelwellenlager liegenden Gestellteile durch Druckschrauben über dem Kurbelwellenlagern unter Zugspannung gesetzt werden, um die Zylinderkräfte gleichmäßig auf die Kurbelwellenlager zu übertragen.Precautions have been taken to ensure that those on both sides of the The crankshaft bearings are positioned above the crankshaft bearings by means of pressure screws be placed under tensile stress to distribute the cylinder forces evenly on the crankshaft bearings transferred to.

Abb. 1 zeigt als Beispiel ein erfindungsgemäß ausgeführtes Stahlgestell im Querschnitt.As an example, Fig. 1 shows a steel frame designed according to the invention in cross section.

Im kastenförmigen Gestell 1, dessen Längswände 2 und Querwände 3 aus Stahlblech hergestellt und durch elektrische Schweißung miteinander verbunden sind, ruht in bekannter Weise die Kurbelwelle 4 in zweiteiligen, mit den Lagerschalen 5 versehenen Grundlagern, die aus den Bügeln 6 und den als kräftige Träger ausgebildeten Deckeln 7 bestehen. Die Bügel 6 sind in den Querwänden 3 fest eingeschweißt, die Deckel 7 hingegen sind ausbaubar mit Hilfe der Anker 8 und 9 und der Querbolzen 10 bis 13 mit den Bügeln 6 verschraubt. Hierbei dienen die Anker 8 und 9 zur Aufnahme der Gaskräfte, während die Querschrauben 10 bis 13 eine Querversteifung des Gestelles 1 bewirken sollen. Um beim Anziehen der Querschrauben 10 bis 13 bzw. Einsetzen der Lagerdeckel 7 in die Bügel 6 zu verhindern, da.B die Grundlagerhauptbohrungen wegen des zwischen den Dekkeln 7 und Bügeln 6 unvermeidbaren Toleranzspieles als Folge der form- und materialbedingten Nachgiebigkeit der Bügel 6 und Gestellwandungen 2 und 3 in der Querrichtung verspannt oder versetzt werden, sind erfindungsgemäß, beispielsweise auf der rechts der Kurbelwellenachse befindlichen Gestellhälfte, die Bügel 6 sowie die Längswände 2 und Querwände 3 mit mehreren kräftigen Versteifungsrippen 16 versehen, während die links der Kurbelwellenachse liegende Gestellhälfte eine derartige Verrippung nicht erhält.In the box-shaped frame 1, the longitudinal walls 2 and transverse walls 3 of which are made of sheet steel and connected to one another by electrical welding, the crankshaft 4 rests in a known manner in two-part base bearings provided with the bearing shells 5, which are formed from the bracket 6 and the sturdy carrier Lids 7 exist. The brackets 6 are firmly welded into the transverse walls 3, the covers 7, however, can be removed with the aid of the anchors 8 and 9 and the cross bolts 10 to 13 are screwed to the brackets 6. Here, the anchors 8 and 9 serve to absorb the gas forces, while the transverse screws 10 to 13 are intended to reinforce the frame 1 transversely. In order to prevent the main bearing bores from opening the main bearing bores due to the unavoidable tolerance play between the covers 7 and the bracket 6 as a result of the shape and material-related flexibility of the bracket 6 and frame walls when tightening the cross bolts 10 to 13 or inserting the bearing caps 7 into the bracket 6 2 and 3 are braced or offset in the transverse direction, according to the invention, for example on the frame half located to the right of the crankshaft axis, the bracket 6 and the longitudinal walls 2 and transverse walls 3 are provided with several strong stiffening ribs 16, while the frame half lying to the left of the crankshaft axis has such a ribbing does not receive.

Durch diese einseitige Versteifung des Gestelles 1 wird bewirkt, daß die nicht verrippte Gestenhälfte zu der erfindungsgemäß verrippten relativ formveränderlich bleibt und beim Anspannen der Querschrauben 10 his 13 um die seitliche Lose zwischen Deckel 7 und Bügel 6 in Richtung zur versteiften Gestenhälfte elastisch nachgibt, bis beide zusammengepreßt sind. Da letztere durch die Erfindungsmaßnahmen relativ unverformbar geworden ist, so gelangt der Deckel 7 trotz des zwischenzeitlich im Gestell 1 entstandenen Verspannungszustandes zwangläufig in eine stets gleichbleibende Ruhelage und kehrt auch nach jedem Aus- und Wiedereinbau erneut in diese zurück.This one-sided stiffening of the frame 1 has the effect that the non-ribbed gesture half remains relatively changeable in shape to the ribbed according to the invention and, when the transverse screws 10 to 13 are tightened around the lateral slack between cover 7 and bracket 6, elastically yields in the direction of the stiffened gesture half until both are pressed together. Since the latter has become relatively non-deformable as a result of the inventive measures, the cover 7 inevitably moves into a constant rest position despite the tension that has arisen in the meantime in the frame 1 and returns to it again after each removal and reinstallation.

Damit ist fertigungs- und montagemäßig die technische Voraussetzung geschaffen, die Einlagerung der Kurbelwelle 4 und ihrer Lagerschalen 5 in die Hauptbohrung der Grundlager verspannungsfrei vornehmen zu können. Hierzu ist bei der Fertigung lediglich darauf zu achten, daß die in die Bügel 6 mit sämtlichen Ankerschrauben 8, 9 und Querbolzen 10 bis 13 eingespannten Deckel 7 gemeinsam mit diesen in der Hauptbohrung auf das Außendurchmessermaß der einzusetzenden Lagerschalen 5 ausgespindelt werden. Sind letztere nach Sollmaß ausgeführt, so müssen nicht- nur jetzt sämtliche Grundlagerhauptbohrungen nach der ersten Montage der Schalen 5 fluchten und rund sein, sondern dieser als Erfindungsziel angestrebte Zustand tritt, wie erwähnt, auch nach jedem Wiederaus- und Einbau der gesamten Kurbelwellenlagerung einschließlich Kurbelwelle erneut ein, gleichgültig, wie hoch sich die Verformung der elastisch gehaltenen Gestellhälfte beim Anziehen der Querbolzen 10 bis 13 entwickelt haben mag. In ähnlicher Weise würde eine Verformung des Gestelles 1, die infolge zu großer Baulänge des Deckels 7, bezogen auf die Maulweite des Bügels 6, entstanden sein sollte, nach dem gemeinsamen Ausspindeln ständig wirkungslos bleiben.This is the technical prerequisite in terms of production and assembly created the storage of the crankshaft 4 and its bearing shells 5 in the main bore to be able to make the base bearing tension-free. This is done during manufacturing just make sure that the bracket 6 with all anchor bolts 8, 9 and cross bolts 10 to 13 clamped cover 7 together with these in the Main bore spindled to the outer diameter of the bearing shells 5 to be used will. If the latter are carried out according to the nominal dimensions, not only now all of them have to Main bearing main bores after the first assembly of the shells 5 are aligned and round but this state of affairs, which is the aim of the invention, occurs, as mentioned, even after each removal and installation of the entire crankshaft bearing, including Crankshaft again, no matter how high the deformation of the elastic held frame half when tightening the cross bolts 10 to 13 have developed like. In a similar way, a deformation of the frame 1, which would result in too great Overall length of the cover 7, based on the mouth width of the bracket 6, have arisen should remain ineffective after the joint spindling.

Anstatt zur Versteifung der einen Gestenhälfte von Rippen Gebrauch zu machen, kann man sich auch mit Materialverstärkungen begnügen, falls sie an statisch richtigen Stellen vorgenommen werden. So zeigt z. B. der Querschnitt eines Gestelles in Abb. 2, wie dort die waagerechte Fußplatte 14 die Längswand 2 sowie die senkrechte Bügelhälfte 15 auf der rechten Gestellhälfte wesentlich stärker ausgeführt sind als auf der gegenüberliegenden Seite, um den Erfindungsgedanken zu verwirklichen.Use ribs instead of stiffening one half of the gesture to make, one can be satisfied with material reinforcements, if they are static correct places. So shows z. B. the cross section of a frame in Fig. 2, as there the horizontal footplate 14, the longitudinal wall 2 and the vertical one Bracket half 15 are made much stronger on the right frame half than on the opposite side to realize the inventive idea.

Für Vierzvlindermotoren, deren Gestelle verhältnismäßig lang sind und deshalb in der Querebene einer besonders sorgfältigen Ausrichtung derKurbelwellenlager bedürfen, mag eine Kombination aus Verrippung und Materialverstärkung vorzuziehen sein.For four-cylinder engines whose frames are relatively long and therefore a particularly careful alignment of the crankshaft bearings in the transverse plane may require a combination of ribbing and material reinforcement be.

Neben dieser in erster Linie für Betrieb und Montage der Motoren erzielten technischen Weiterentwicklung besteht ein beachtlicher Fortschritt der Erfindung darin, daß das bei den bisher bekannten Gestellbauarten mühselige seitliche Einpassen der Lagerdeckel 7 in die Bügel 6; das meist ein Einschleifen von Hand verlangt, als Auswirkung der einseitigen Gestenversteifung fortfällt. Hierdurch werden sowohl die Kosten der mechanischen Fertigung als auch der gesamten Kurbelwelleneinlagerung erheblich gesenkt. -In addition to this primarily for the operation and assembly of the engines technical advancement, there is a considerable advance of the invention in that the cumbersome lateral fitting in the previously known frame types the bearing cap 7 in the bracket 6; which usually requires grinding in by hand, as an effect of the one-sided stiffening of the gestures no longer applies. As a result, both the costs of mechanical production as well as the entire crankshaft storage considerably reduced. -

Claims

PATENT CLAIM: Steel frame in lightweight design for internal combustion engines, in which the crankshaft rests in a known manner with the omission of a base plate in the bearing brackets formed from the removable bearing caps and welded into the frame, with shells, with vertical anchor screws and transversely for fastening the cover in the brackets Bolts directed for this purpose are used, characterized in that one longitudinal half of the frame (1) is considerably more dimensionally stable by additional ribs (16) or material reinforcements (14, 15) or by both measures in the bearing brackets (6) and walls (2, 3) executed as the opposite half of the gesture. -Considered. Publications: German Patent Nos. 611- 382, 670 286; British patent specification. No. 556,764; U.S. Patent Nos. 011 642, 2,030,995.